本发明专利技术公开了一种光学薄膜激光毁伤的识别方法及装置，通过采集质荷比分布，用计算机软件进行质谱分析与元素判别，就能确定所毁伤材料中包含的元素种类，从而准确、在线、快速判别出薄膜是否发生损伤。采用该方法的装置由测试样品台、质荷比采集系统及计算机运算系统组成。本发明专利技术能够实现在线、实时、快速、准确判别薄膜或光学元件在强激光下的毁伤状态。将该方法应用于激光损伤阈值测试中，可实现测试系统的集成化、自动化、智能化。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学薄膜检测
，涉及一种光学薄膜毁伤的判别方法，特别涉及。
技术介绍
在高能激光系统中，存在着各种各样的光学元件和薄膜器件，这些元件的抗激光毁伤性能与光学系统的正常有效运转密不可分。激光损伤阈值(LIDT)是衡量薄膜和光学元件这一性能的重要指标，而目前对激光损伤阈值的测试仍然存在着许多问题。在激光损伤阈值测试过程中，如何准确、实时、快速、在线的判别薄膜毁伤成为研究的核心一环。因此，为得到薄膜的激光损伤阈值，首要的条件是对薄膜在强激光作用下是否发生损毁做出快速准确的判别，即薄膜发生怎样的变化就认为发生了毁伤。目前判别薄膜及光学元件毁伤的方法主要有相衬显微法、散射光强检测法、等离子体闪光法、光声测量法、光热法等，这些方法各有其优缺点。其中相衬显微法是国际标准IS011254所推荐的一种检测方法，这种方法采用放大倍率为100-150倍的Normaski显微镜对激光辐照后的表面进行观测，以判别薄膜是否发生毁伤，该方法的主观性很强，而且工作强度大，测试效率低，难以实现整机系统的自动化。散射光强检测法的原理是:当激光以一定的角度斜入射到样品上时，如果表面的反射点处无疵点，则反射光将按几何光学给出的规律反射，若不让反射主光线进入光电接收器，就几乎没有电信号输出。当表面的反射点处不光滑，或被激光辐照后产生毁伤，则主光线中相当部分能量不能定向反射，而是产生散射，对应光电接收器就有电信号输出，通过探测光电接收器有无电信号输出，实际上是探测激光辐射前后电信号的变化就可判断激光照射点处样品是否毁伤，此方法对被测样品表面的光洁度要求高，如果激光辐射前表面光洁度不够，即使激光辐射引起了毁伤，探测器输出电信号也不会有太大的变化，因而不能准确地进行毁伤判别。等离子体闪光法也是判别激光毁伤的一种常用方法，该方法的机理是基于高功率激光与光学表面相互作用时将离化构成光学表面的物质，从而产生自由电子和离子，即等离子体。因此，通过光敏元件探测激光与光学表面相互作用时的等离子体闪光就可以判断是否存在毁伤。通常，检测激光为单色光(如氦氖激光的波长为632.8nm)，而等离子体闪光为复色光，因此需要消除作用激光对应的光谱，才可以准确探测到等离子体闪光，即可判别是否在光学表面有毁伤的现象。常规的等离子体闪光判别法是在光学表面附近安装一光电接收器件，当存在闪光时，光电接收器件将输出一电平信号，这是目前国内外基于等离子体闪光判别薄膜是否毁伤的常规方法，即以光强变化作为损伤与否的判据。然而，当激光的强度足够高时，大气也会发生击穿，出现等离子体闪光现象。当强激光作用于薄膜表面并发生等离子体闪光时，在大多数情况下，得到的是薄膜和大气的复合等离子体，或者仅仅得到的是大气等离子体闪光，因此，采用探测光强的方式来判别薄膜是否发生毁伤，造成实际测试的“误判”现象不可避免。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术中的问题，提供，该装置及方法能够适用于各类光学元件及镀膜元件表面的在线判别，且具有快速、高精度、准确的特点。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是:—种光学薄膜激光毁伤的识别装置，包括激光器以及测试样品；测试样品安装于测试样品台上，激光器正对测试样品的待测表面，测试样品台的一侧设置有用于加速经激光辐照样品所溅射出的微粒，并形成准直粒子束的加速电极，且测试样品台与加速电极之间还设置有用于提高离子含量的电子源；加速电极的后端设置使离子发生偏转的磁场，与加速电极平行的一侧设置有用于接收不同偏转半径的离子的若干接收电极；接收电极的输出端均连接到A/D转换器的信号输入端上，A/D转换器的信号输出端连接有用于生成溅射粒子质荷比谱图的计算机。所述的激光器为能使测试样品表面薄膜毁伤的高能量激光器。所述激光的波长为1064nm，脉宽为10ns，单脉冲能量为400mJ。所述的测试样品台为由步进电机控制的二维移动平台。所述的磁场为勻强磁场。所述的若干接收电极并排平行设置。所述的计算机中存储有元素的标准质荷比。一种光学薄膜激光毁伤识别方法，包括以下步骤:I)首先，安装测试装置，将激光器的激光发射端正对夹持在测试样品台上的测试样品，接着在测试样品台的一侧设置加速电场，将电子源置于测试样品台与加速电场之间，每个接收电极均与加速电极平行设置，且加速电极和接收电极均与磁场相邻，最后再依次连接接收电极、A/D转换器以及计算机；2)接着，打开激光器以及计算机，测试样品的薄膜表面受到激光辐照破损后，破损区的微粒向空间溅射，溅射出的微粒经过电子源后进入加速电极，经过加速电极之间的加速电场进入加速电极后方的磁场，离子在磁场力的作用下发生偏转从而射出磁场被若干接收电极接收，接收电极将接收到的模拟信号经A/D转换器转换成数字信号并传输到计算机内，由计算机生成溅射粒子的质荷比谱图；3)根据存储于计算机中元素的标准质荷比，确定溅射物的元素组成，最终通过对比标准质荷比就能直接判断出测试样品是否发生了毁伤。所述的步骤3)中，判断测试样品是否发生毁伤的方法具体为:将步骤2)中得到的溅射粒子的质量谱图与大气中的元素进行对比，如果有新出现的元素，即该元素不属于大气中的元素，则测试样品发生了毁伤；反之，则测试样品完好。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果:本专利技术光学薄膜激光毁伤的识别装置，采用激光辐照测试样品表面，其毁伤部分会气化或喷溅出微粒，经加速电极加速后进入磁场，离子在磁场力的作用下偏转并射出磁场，被设置在磁场外侧的接收电极所接收，并产生脉冲信号，脉冲信号经A/D转换器转换成数字信号并传输至计算机，最终得到溅射微粒的质荷比谱图。本专利技术不以光学或电学信号的变化作为毁伤的判据，而是采用质谱分析喷射物中包含的元素组分，相比较传统判别方法，不仅判别精度高，不存在“误判”现象，真空的测试环境保证了测试的干扰小，而且判别速度快，对薄膜激光损伤的判别可以在Is内完成；同时，本专利技术判别薄膜的种类范围宽，无论是反射膜、增透膜、薄膜、厚膜均可实现高精度的判别。最后，由于溅射出的微粒中大部分为离子，一部分是中性原子，为了提高离子含量，在加速电极与测试样品台之间设置电子源，使溅射出的中性原子也发生电离，从而提高了喷溅微粒的离化率。本专利技术光学薄膜激光毁伤的识别方法，采用质谱采集、分析的方法确定所毁伤材料中包含的元素种类，而不是采用光电探测器件接受光强或散射信号，也不是采用CCD采集图像，将采集到的元素种类与大气元素进行对比，进而可以判别薄膜表面是否发生毁伤。同时，测试过程中，样片位置固定，不需要移走测试，而是在线捕获目标，实时传输给计算机，并进行分析处理，达到准确判断薄膜是否毁伤的目的。进一步的，本专利技术采用毁伤样品元素质谱分析来判别薄膜或光学元件是否发生毁伤，即以“确定出毁伤体中的元素分布”作为薄膜或光学元件是否毁伤的判据，从而可有效排除杂质、粉尘或周围气氛的干扰。【附图说明】图1为本专利技术光学薄膜激光毁伤识别装置的结构示意图。其中，I为激光器；2为测试样品；3为电子源；4为加速电极；5为磁场；6为接收电极；7为A/D转换器；8为计算机。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术做进一步详细的说明:参见图1，本专利技术光学薄膜激光毁伤的识别装置，包括激光器I以及测试样品2，激光器I为能使测试样品2本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种光学薄膜激光毁伤的识别装置，其特征在于：包括激光器(1)以及测试样品(2)；测试样品(2)安装于测试样品台(9)上，激光器(1)正对测试样品(2)的待测表面，测试样品台(9)的一侧设置有用于加速经激光辐照样品所溅射出的微粒，并形成准直粒子束的加速电极(4)，且测试样品台(9)与加速电极(4)之间还设置有用于提高离子含量的电子源(3)；加速电极(4)的后端设置使离子发生偏转的磁场(5)，与加速电极(4)平行的一侧设置有用于接收不同偏转半径的离子的若干接收电极(6)；接收电极(6)的输出端均连接到A/D转换器(7)的信号输入端上，A/D转换器(7)的信号输出端连接有用于生成溅射粒子质荷比谱图的计算机(8)。
【技术特征摘要】
1.一种光学薄膜激光毁伤的识别装置，其特征在于:包括激光器(1)以及测试样品(2);测试样品(2)安装于测试样品台(9)上，激光器(1)正对测试样品(2)的待测表面，测试样品台(9)的一侧设置有用于加速经激光辐照样品所溅射出的微粒，并形成准直粒子束的加速电极(4)，且测试样品台(9)与加速电极(4)之间还设置有用于提高离子含量的电子源(3);加速电极(4)的后端设置使离子发生偏转的磁场(5)，与加速电极(4)平行的一侧设置有用于接收不同偏转半径的离子的若干接收电极(6);接收电极(6)的输出端均连接到A/D转换器(7)的信号输入端上，A/D转换器(7)的信号输出端连接有用于生成溅射粒子质荷比谱图的计算机(8)。2.根据权利要求1所述的光学薄膜激光毁伤的识别装置，其特征在于:所述的激光器(I)为能使测试样品(2)表面薄膜毁伤的高能量激光器。3.根据权利要求1或2所述的光学薄膜激光毁伤的识别装置，其特征在于:所述激光的波长为1064nm，脉宽为10ns，单脉冲能量为400mJ。4.根据权利要求1所述的光学薄膜激光毁伤的识别装置，其特征在于:所述的测试样品台(9)为由步进电机控制的二维移动平台。5.根据权利要求1所述的光学薄膜激光毁伤的识别装置，其特征在于:所述的磁场(5)为匀强磁场。6.根据权利要求1所述的光学薄膜激光毁伤的识别装置，其特征在于:所述的若干接收电极(6)并排平行设置。7.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：苏俊宏，徐均琪，惠迎雪，梁海锋，杨利红，李建超，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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